(57)【要約】【課題】  外部とのデータの送受信が可能で、さらにデータの更新履歴を知ることができ、耐熱性を有するＩＣタグを提供する。【解決手段】  受信用回路、送信用回路、記憶回路および演算回路を備える集積回路を、ガラスまたはセラミックスで封止してなり、電磁波または超音波により外部との信号の送受信を行うＩＣタグとする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信用回路、送信用回路、記憶回路および演算回路を備える集積回路を、ガラスまたはセラミックスで封止してなり、電磁波または超音波により外部との信号の送受信を行うことを特徴とするＩＣタグ。
【請求項２】
電磁波が光であり、光透過性のガラスまたはセラミックスにより封止されている請求項１記載のＩＣタグ。
【請求項３】
温度センサ、圧力センサ、磁界センサ、および元素または分子用のセンサの少なくとも１つを備える請求項１または２に記載のＩＣタグ。
【請求項４】
記憶回路が送受信されたデータの履歴を記憶する請求項１〜３の何れか１項に記載のＩＣタグ。
【請求項５】
集積回路がシリコン、III-Ｖ族化合物半導体、炭化珪素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミ（AlN）、窒化錫（SnN）またはダイアモンドで形成されている請求項１〜４の何れか１項に記載のＩＣタグ。
【請求項６】
集積回路の配線材料が、Fe, Ni, Cu, Co, Cr, Nb, Mo, Tc, Ru, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Rhまたはこれら各金属を母材とする合金である請求項１〜５の何れか１項に記載のＩＣタグ。
【請求項７】
各回路および各センサが酸化珪素（SiOx）、窒化珪素（SiNx）、炭化珪素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）からなる耐熱保護膜で被われている請求項３〜６の何れか１項に記載のＩＣタグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＩＣタグに関し、より詳細には外部との送受信が可能で、さらに耐熱性を高めたＩＣタグに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、商品の流通状態、または課金システムの簡易化などを図るために、集積回路を搭載したＩＣタグを商品などに装着することが行われつつあり、国内では「ユビキタスＩＤセンター」、米国ではマサチューセッツ工科大学（ＭＩＴ）を中心とする「オートＩＤセンター」が規格化を進め、一部は実用化されている。また、最近では、アンテナコイルを備え、外部の受信装置との間で格納データの送受信を行う非接触ＩＣタグが開発され、注目を集めている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これらのＩＣタグは、通常の商品流通環境で使用されることを想定してシリコンＩＣで作製されており、パッケージも150℃程度まで耐久性のあるプラスティックが使用されている。また、ＩＣタグに使われる配線材料も特に高温耐久性を要求されないため、価格や加工性などを考慮してアルミニウムが多用されている。しかし、アルミニウムは融点が660.2℃であるためアルミニウム自体の温度耐久性は自己拡散が起こる400℃付近までと考えられるが、実際にはそれよりも低温でシリコンとの相互拡散が起こると考えられ、数百℃の温度に晒される用途には使用できない。例えば、ガラス、プラスチックス、金属、セラミックス、ゴム、木材などの加工プロセスでは200℃以上の高温プロセスとなり、シリコンＩＣやアルミニウム配線の耐熱温度を上回る。
【０００４】
そのため、このような高温の加工プロセスでは、従来では、ガラスの表面または処理装置の内壁にミクロン(株)から商品名「ヒートラベル」にて市販されている温度検知器を装着し、加工中の温度を検出することが行われている。この「ヒートラベル」は、温度によって変色する化学物質をアルミニウムなどの熱伝導のよい金属に塗布したものであり、着色によって到達最高温度を判定する機能を有する。しかし、最高温度しか検知できないため的確な加工条件を得るには情報不足であり、また使用後は剥がされ廃棄されるのが通常の使用法であるため、加工物とした後の経時変化を知ることができず、例えばリサイクル可能か否かを判定する基準にはならない。
【０００５】
また、スイス連邦共和国・ソキマット社製「ガラスタグ」は最高90℃での温度環境における塗装、化学洗浄工程の無線によるプロセスデータの読出し・書込みが可能なＩＣタグである。このガラスタグはＩＣチップをガラス被覆して構成されており、焼きつけ塗装の環境からの保護、または化学的に活性な液体からのＩＣチップの保護、または高環境雰囲気ガスによる酸化などの劣化を防ぐことができる。そして、このガラスタグは、洗浄やエッチング工程において、洗浄液やエッチング液に浸漬し、洗浄液やエッチング液の劣化状況などを検知することに使用される。そのため、このガラスタグは被加工物に埋め込んで使用する形態ではなく、被加工物が実際に受ける作用を検知できない。また、加工物とした後の経時変化を知ることもできない。
【０００６】
さらに、このガラスタグは、90℃で最長1000時間の耐久性とされるので、ガラス、セラミックス、金属、耐熱性プラスティク部品、木製部品の製造には使用できない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３２５５７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、外部とのデータの送受信が可能で、さらにデータの更新履歴を知ることができ、耐熱性を有するＩＣタグを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、受信用回路、送信用回路、記憶回路および演算回路を備える集積回路を、ガラスまたはセラミックスで封止してなり、電磁波または超音波により外部との信号の送受信を行うことを特徴とするＩＣタグを提供する。
また、電磁波が光であり、光透過性のガラスまたはセラミックスで封止されている上記ＩＣタグを提供する。
また、温度センサ、圧力センサ、磁界センサ、および元素または分子用のセンサの少なくとも１つを備える上記ＩＣタグを提供する。
また、記憶回路が送受信されたデータの履歴を記憶する上記ＩＣタグを提供する。
また、集積回路がシリコン、III-Ｖ族化合物化合物、炭化珪素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミ（AlN）、窒化錫（SnN）またはダイアモンドで形成されている上記ＩＣタグを提供する。
また、集積回路の配線材料が、Fe, Ni, Cu, Co, Cr, Nb, Mo, Tc, Ru, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Rhまたはこれら各金属を母材とする合金である上記ＩＣタグを提供する。
さらに、各回路および各センサが酸化珪素（SiOx）、窒化珪素（SiNx）、炭化珪素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）からなる耐熱保護膜で被われている上記ＩＣタグを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のＩＣタグは、耐熱性に優れるため、従来では使用できなかった高温プロセス、例えばガラス部材、プラスティック部材、セラミックス部材、ゴム部材、木部材、金属部材を加工するプロセスにも十分に使用可能である。そして、これら被加工物が加工中に実際に被る温度、歪み、圧力、特定物質の濃度を検知し、その履歴データを記憶し、必要に応じて外部から非接触的に読み出せるだけでなく、プロセスの制御データを非接触的に書き込み、または消去することによって部材と加工装置の制御システムとの間でデータの授受を行ない、それにより被加工物の加工を最適条件で行うことが可能になる。また、加工が終了した後にも、加工物にＩＣタグを内蔵させたままとし、加工物が適用された商品の流通管理も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１２】
本発明のＩＣタグは、受信用回路、送信用回路、記憶回路および演算回路を備える集積回路を、ガラスまたはセラミックスで封止したものである。ガラスまたはセラミックスは透明でもよいし、不透明であってもよい。これら各回路は、封止材料であるガラスやセミックスとの熱膨張差が小さいことから、シリコン、III-Ｖ族化合物、炭化珪素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミ（AlN）、窒化錫（SnN）またはダイアモンドで形成されていることが好ましい。また、これら各回路は、石英基板やサファイア基板上に公知のホトリソ工程により形成される。
【００１３】
受信用回路および送信用回路は、外部との送受信を電磁波または超音波で行うように構成されている。これらの通信媒体は、ＩＣタグの使用形態や装着される部材に応じて適宜選択される。例えば、窒化ガリウムで作られたＩＣタグは、窒化ガリウムが波長400〜550ｎｍの光でデータの送受信を行うものであるから、埋め込まれた状態でこの波長の光を吸収するプラスチックなどの加工には利用できない。このため、超音波での送受信を行う必要がある。
【００１４】
電磁波としては、光あるいは周波数０．１〜１０ＧＨｚ帯の電波が使用される。
【００１５】
光を媒体とする場合、受信用回路および送信用回路には各種フォトダイオードを用いることができ、使用する光の波長に応じて適宜選択できるが、ガラスやセラミックスとの熱膨張率差が小さいIII-Ｖ族化合物半導体からなる各種フォトダイオードが好ましい。電磁波が光で、光透過性のガラスまたはセラミックスにより封止すると、信号の送受信が光で行えて好ましい。
【００１６】
また、電波を媒体とする場合は、受信用回路および送信用回路にはアンテナコイルを用いることができ、使用周波数に応じてアンテナ長やコイル幅などを適宜選択する。アンテナ材料は、耐熱性を考慮して、Fe, Ni, Cu, Co, Cr, Nb, Mo, Tc, Ru, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Rhまたはこれら各金属を母材とする合金とすることが好ましい。
【００１７】
また、超音波を媒体とする場合は、圧電セラミックを用いることができる。
【００１８】
記憶回路には、ロット番号やプロセス制御に必要なデータが格納されている。また、本発明のＩＣタグは、温度センサ、圧力センサ、磁界センサ、ガスまたは分子用センサの少なくとも１つを備えることが好ましく、記憶回路はこれら各センサが検出したデータを記憶する。
【００１９】
また、記憶回路は、受信用回路および送信用回路を通じて外部との送受信を行ったデータの変更履歴を記憶する機能を有することが好ましい。
【００２０】
なお、上記各センサは他の回路要素とともに集積化可能なものであれば制限がないが、例えば以下の構成とすることができる。圧力センサとしては、Ta抵抗体を用いることができる。このTa抵抗体は、伸び縮みすると電気抵抗が変化する性質があり、この電気抵抗の変化を電流（電圧）値の変化として検知できる。温度センサとしては、Pt-PtRhの薄膜熱伝対を用いることができる。磁界センサとしては、励磁コイルや、アモルファスワイヤ磁性体を構成体とする２個のヘッドをもつＭＩ磁界差センサを用いることができる。元素または分子用センサは、検出するガスまたは分子に応じて適宜選択されるが、例えば固体電解質膜を用いることにより、水、酸素および水素の平衡式から水分と酸素濃度（酸素ポテンシャル）を検知できる。
【００２１】
その他にも、プロセスに応じて適宜センサを選択して用いることができ、例えば、ロジウム（Rh）抵抗体薄膜からなる歪みセンサを組み込むことができるが、これに制限されない。
【００２２】
演算回路は、記憶回路内のデータおよび各種センサによる検出データを基に所定の演算を行い、送信用回路を通じて外部に演算結果を出力する。また、受信用回路で受信した外部からの信号を記憶回路に送り、データの書き換えを行う。
【００２３】
また、上記の受信用回路、送信用回路、記憶回路、演算回路および各種センサを接続する配線材料は、耐熱性を考慮して、Fe, Ni, Cu, Co, Cr, Nb, Mo, Tc, Ru, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Rhまたはこれら各金属を母材とする合金とすることが好ましい。
【００２４】
上記の受信用回路、送信用回路、記憶回路、演算回路および各種センサは集積化され、ガラスまたはセラミックスで封止される。ガラスおよびセラミックスは、熱膨張係数が概ね800℃まで集積回路の形成材料と同などであるため、本発明のＩＣタグは概ね200℃以上、１気圧以上または減圧下での高温加工工程に耐えられるようになる。なお、封止のためのガラス及びセラミックスの厚さには制限がなく、ＩＣタグの寸法や用途などを考慮して適宜選択される。
【００２５】
また、上記の封止に際し、耐熱性をさらに向上させるために、受信用回路、送信用回路、記憶回路、演算回路および各種センサを酸化珪素（SiOx）、窒化珪素（SiNx）、炭化珪素（SiC）、窒化ガリウム（GaN）からなる耐熱保護膜で被覆し、その上をガラスまたはセラミックスで封止することが好ましい。耐熱保護膜による被覆は、公知の蒸着方法（例えばスパッタリング）により行うことができる。また、耐熱保護膜の膜厚には制限はないが、０．０１〜１μｍが適当である。
【００２６】
本発明のＩＣタグは上記のように構成されるが、その具体的な実施形態として、フロート法によるガラス板の製造および自動車用窓ガラスの製造に適用する例を示す。
【００２７】
受信用回路および送信用回路としてGaN発光ダイオードを用い、記憶回路、演算回路の全てをシリコン製としてサファイア単結晶基板の上に集積化し、さらに圧力センサとしてTa抵抗体、温度センサとしてPt-PtRhの薄膜熱電対および酸素センサとして酸化カルシウムで安定化したジルコニア薄膜を組み込んで集積化し、記憶回路および演算回路の表面を厚さ0.1μｍのGaNで覆いＩＣチップを作製する。また、配線材料はMoとする。そして、旭硝子（株）製ガラス（カタログ番号ASF1700）からなる厚さ約100μｍで4ｍｍ平方の２枚のガラス板でＩＣチップを挟み込み、溶融して封止する。得られたＩＣタグは、封入ガラスを含めて最大厚さ320μｍである。ＩＣタグは、ステンレス製で、先端の開口からＩＣタグを一個ずつ押出す構成のカートリッジに収容され、ガラス板の製造工程に供される。
【００２８】
ガラス板の製造に際し、先ず、針状の圧痕子を溶融状態にあるガラス板表面に押し当て急に引き上げる。これにより、ガラス板の表面の圧痕子と接触した部分の外周が僅かに盛り上がり、凹部が形成される。次いで、カートリッジの先端を凹部に接近させ、先端の開口からＩＣタグを押出し、この凹部に入れる。その後、ローラーで平坦にする過程で自動的にＩＣタグがガラス表面近傍に埋設される。
【００２９】
ここで、フロート法によるガラス板は通常、冷却・裁断した後、表面が研磨されるため、研磨シロを見越した埋めこみ深さにしておく必要がある。また、用途により、寸法および厚さも異なる。そのため、ガラス板にＩＣタグの埋め込むときは、これらを考慮してガラスの粘度、圧痕子の押し込み量、ローラーの押圧などを適宜調整して行う。
【００３０】
また、次の方法によっても、ＩＣタグをガラス板に埋めこむことができる。上記のカートリッジからＩＣタグを溶融状態にあるガラス板表面に供給して載置し、その直後にガラス板と同一組成の薄いカバーガラス板（100μｍ程度）でＩＣタグを被う。このカバーガラスは、高温雰囲気と、ガラス板と組成が同じであるためＩＣタグを挟み込んだ状態でガラス板と接合する。そして、ローラーで平坦にする過程で自動的に、ローラーで抑え込まれてＩＣタグがガラス表面近傍に埋設される。
【００３１】
一方で、延伸装置側には、ＩＣタグとの送受信を行うために、ＩＣタグの送信用回路および受信用回路に応じて、光、電波または超音波の送信および受信が可能な送信装置および受信装置、この例ではGaN発光ダイオードを備える送信装置および受信装置を装着する。
【００３２】
フロート法によるガラス板の製造では、ガラス板のレア-（徐冷炉）における冷却過程で圧縮応力を受ける、すなわちＩＣタグを覆っているガラス母材から圧縮力を受けるため、ＩＣタグには歪みが発生する。このときの圧縮力をＩＣタグに組み込んだ圧力センサで検知し、検知した実際の圧力をGaN発光ダイオードから延伸装置に送り、延伸装置ではそれに応じて最適な延伸プロセスに調整することが可能になる。
【００３３】
具体的には、歪みによる伸び縮みにより圧力センサであるTa抵抗体の電気抵抗が変化し、それに伴う電流（電圧）値の変化量をAD変換回路でデジタル信号に変換し、そのデータを記憶回路に送る。このときの歪みの大きさ（電気抵抗値）が記憶回路にデフォルト値として記憶されている規定の歪み範囲（抵抗値）に近づくと、ＩＣタグの演算回路の微分制御機能が作動し、警報信号がＩＣタグのGaN発光ダイオードから発信される。そして、延伸装置では、徐冷速度を遅くするために温度を上昇させるか、ガラス板の移動速度を落とすように徐冷装置を制御する。
【００３４】
また、ＩＣタグの温度センサによりガラス板の実際の温度を同時に検知し、そのデータを延伸装置に送信し、延伸装置側では予め設定したガラス温度となるように、徐冷炉を制御する。
【００３５】
さらに、酸素センサにより、ガラス中の酸素濃度を同時に検出し、そのデータを延伸装置に送信し、延伸装置側では予め設定した酸素温度となるように、雰囲気を制御する。
【００３６】
このように、ＩＣタグにより検知した実際の圧力やガラス温度、酸素濃度に基づいて最適な加工条件でガラス板の延伸が行われるため、得られるガラス板は特性に優れたものとなる。
【００３７】
次いで、上記のガラス板から２枚の自動車用窓ガラス板を切り出し、透明接着剤で接合する。この接合工程では、２枚のガラス板の隙間に透明接着剤を注入し、加圧炉の中で熱圧縮して合わせガラスとして一体化される。２枚のガラス板それぞれにＩＣタグが埋めこまれており、延伸工程における温度履歴、歪みのデータが記憶されているので、加圧炉の加圧工程で発生する歪みの変化がさらにデータとして追加されるだけでなく、接合後の残留歪みも記憶される。この接合加工が終了し、設計にそった彎曲面をもつ窓ガラスは、自動車の枠にはめ込まれるが、このとき窓ガラスのはめ込み条件を上記で得られたデータを基に最適条件で行うことができる。
【００３８】
また、ＩＣタグを窓ガラスに埋設しておくことにより、経時変化を示すデータを収集することができるようになる。従って、例えば、車検時など定期的にそのデータを読み込むことにより、未然に破損などを防ぐことが可能となる。さらに、廃棄またはリサイクルを検討する状況になったとき、残留歪みデータは再利用の可能性を判断する目安となる。